Версія від 21:51, 14 вересня 2020, створена Торопчинова Катерина (обговореннявнесок)
(різн.) ← Попередня версія • Поточна версія (різн.) • Новіша версія → (різн.)

Астроклімат

Астроклі́мат (від астро… і клімат), асторономічний клімат — середньостатистична багаторічна сукупність атмосферних оптичних умов, що впливають на якість астрономічних спостережень.

Характеристика

Систематичне та всебічне вивчення астроклімату — пріоритетний напрямок досліджень під час вибору місця установки великих астрономічних приладів. Для характеристики астроклімату важливий стан атмосфери та її вплив на проходження світлових електромагнітних хвиль.

Класифікація

Серед атмосферних оптичних умов вирізняють: прозорість повітря (інтегральна, а також в окремих спектральних ділянках) та її мінливість, ступінь однорідності повітряних мас у зоні спостережень, величина фонового світіння атмосфери, добові перепади температури, сила вітру, температурні та баричні градієнти і темпи їхніх зміни, середній бал хмарності, прогностична ймовірність хмарних ночей, яскравість денного неба, вологість повітря, яскравість атмосферних ореолів навколо яскравих світил (гало) та ін.

Прозорість повітря

В оптичному діапазоні прозорість земної атмосфери досить велика: світло зір, що перебувають у зеніті, при спостереженні з рівня моря послаблюється в середньому на 25 %. В ультрафіолетовому (УФ) діапазоні прозорість атмосфери різко знижується: для хвиль коротших за 280 нм вона практично непрозора. В інфрачервоному (ІЧ) діапазоні прозорість атмосфери дуже неоднорідна: існує декілька смуг поглинання в ІЧ-області молекулами кисню і води. Тому для спостереження в близькому ІЧ діапазоні телескопи встановлюють в сухих високогірних районах.

Вітер

Вітер у приземному шарі атмосфери, перемішуючи шари холодного і теплого повітря, спричиняє неоднорідність густини в стовпі повітря над телескопом або іншим астрономічним інструментарієм. Неоднорідності, розмір яких набагато менший за діаметра телескопа, призводять до дефокусування зображення. Низькочастотні (0,01–10 Гц) зміни оптичних характеристик атмосфери, які зумовлюють зміщення зображення, можуть бути компенсовані автоматикою телескопа (адаптивна оптика).

Показник FWHV

FWHV (англ. Full Width Half Maximum) — повна ширина центрального дифракційного диску зорі на половині максимуму. Значення показника FWHV на обсерваторіях, розташованих у місцях з найкращим астрокліматом не менші за 0,5ʹʹ(Мауна-Кеа, Гавайський архіпелаг). Відповідний показник на обсерваторіях України не менший за 1,3ʹʹ.

Конвекційна зональність атмосфери

Усю довжину оптичної траси, яку проходить в атмосфері промінь світла від небесних світил, умовно поділяють на шість зон:

  • зона вільної атмосфери (висоти більші за 1 000–2 000 м над рівнем моря);
  • зона проміжного атмосферного шару (умовно в проміжку висот між 50–500 м до 1 000–2 000 м над рівнем моря);
  • зона приземного шару (висоти від рівня моря до 200–300 м);
  • зона навколишнього з астрономічним куполом (баштою) шару атмосфери (декілька метрів);
  • підкупольний простір;
  • простір труби телескопа.

Кожна із зон атмосферного повітря впливає на якість зображень світил порівняно з позаатмосферним зображенням. Перші три зони пов’язані з поняттям астроклімату, а інші три — з поняттям астропогоди башти (павільйону).

Дослідження оптичних умов, що впливають на якість астрономічних спостережень, засвідчують, що якість зображення знижується насамперед через чинники, що діють у приземному шарі атмосфери. Поверхня Землі завдяки власному тепловому випромінюванню в нічний час значно охолоджується і охолоджує прилеглий до неї шар повітря. Виникають конвекційні потоки, які внаслідок нестійкостей Кельвіна — Гельмгольца призводять до утворення в атмосфері вихорів турбулентності. Ці вихори постійно зміщуються, змінюють оптичні властивості атмосфери, в результаті чого зображення починає «хитатись» і дрижати. На ізольованих гірських вершинах товщина приземного шару повітря може досягати декількох десятків метрів, тоді як у долинах і на рівнинних місцях у нічний час цей шар значно товщий, він може сягати 200–300 м. Це одна з причин того, що сучасні обсерваторії будують високо в горах.

Температура повітря

Зміна температури повітря на 1оС змінює його показник заломлення на 10-6, що вже позначається на якості зображення. Тому для дослідження астроклімату важливо вивчати швидкість змін температури за допомогою малоінерційних мікропульсаційних температурних датчиків, які розміщують майже на всій оптичній трасі світлових променів (вежі, аеростати, гелікоптери, літаки, метеорологічні балони тощо). За показами температурних датчиків визначають товщу шару температурних неоднорідностей. Крім температурних датчиків, для зондування швидкоплинних змін температури повітря на оптичній трасі світлових променів використовують радіоакустичну та ультразвукову локацію повітряних мас.

Яскравість

Спостереження за гранично слабкими точковими об’єктами допустиме за умови отримання за допомогою телескопа зображення, що перевищує мінімально можливе значення порогу контрастності між яскравістю зображення світила та фоновою яскравістю нічного (або денного) неба. Цей поріг тим менший, що менший діаметр зображення об’єкта, побудованого телескопом, і що кращий астроклімат у місці розташування телескопа (чи іншого астрономічного інструментарію).

Світлове забруднення

Крім природних факторів, що впливають на астроклімат, із кінця 19 ст. помітним став антропогенний тиск на умови проведення астрономічних спостережень. Найважливішим негативним фактором стало нічне освітлення міст (т. з. світлове забруднення), яке зробило неможливим проведення в них астрономічних спостережень. Надлишок нічного освітлення викликає збільшення яскравості неба, а отже, веде до зменшення контрастності між яскравістю зображення світила та фоновою яскравістю нічного неба. Більшість спостережень, особливо в області позагалактичних досліджень і космології, тепер можна проводити лише в місцях, віддалених від великих міст на сотні кілометрів.

Значення

Дослідження чинників астроклімату дозволило астрономам визначити пріоритетні напрямки діяльності, спрямовані на покращення зображень астрономічних об’єктів: вибір найкращих за показниками астроклімату місць для розташування астрономічних обсерваторій, створення засобів адаптивної оптики, розробка ефективних приймачів випромінювання (висока чутливість, практична безінерційність, велика швидкодія), удосконалення методів інтерферометрії (спектр-інтерферометрія, занулююча інтерферометрія) та інших.

Література

  1. Fried D. L. Statistics of a Geometric Representation of Wavefront Distortion // Journal of the Optical Society of America. 1965. № 55 (11). P. 1427–1435.
  2. Noll R. J. Zernike Polynomials and Atmospheric Turbulence // Journal of the Optical Society of America. 1976. № 66 (3). P. 207–211.
  3. Chromey Fr. R. To Measure the Sky: An Introduction to Observational Astronomy. Cambridge : Cambridge University Press, 2010. P. 140.
  4. Villanueva St., Depoy D., Marshall J. et al. MooSci: a Lunar Scintillometer // Proceedings of the SPIE. 2010. № 7735. P. 1–9.
  5. Wave Propagation in a Turbulent Medium / Ed. by V. I. Tatarskiĭ, R. A. Silverman. Mineola : Dover Publications, 2017. 304 p.

Автор ВУЕ

О. Г. Шевчук


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Шевчук О. Г. Астроклімат // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Астроклімат (дата звернення: 24.09.2020).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
09.09.2020

Покликання на статтю

Опитування читачів ВУЕОпитування читачів ВУЕ